CN106930396A - 海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统及处理方法，包括模块化路缘石与处理池；处理池分为三级，分别为一级处理池，二级处理池，三级处理池。雨水流入一级处理池，滞留大量固体垃圾，并选择性地过滤固体悬浮颗粒物杂质，后进入二级处理池，通过“S”型流向起到减速处理，种植不同种类的湿生植物净化水质，对固体杂质进行二次过滤，并降低雨水径流的有机污染物浓度，进入三级处理池蓄积下渗，多余雨水缓和干净地排入临近绿地。本系统解决了下雨路面积水的问题，便于路缘石的装卸与运输，建设灵活性高，并能实现雨水的初期净化，削减暴雨时期洪峰、洪量，有效利用雨水资源，将雨水作为地下水补充，同时可以减少绿地灌溉水量。

Description

海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统及处理方法

技术领域

本发明属于海绵城市建设低影响开发技术领域，具体涉及一种海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统及处理方法。

背景技术

近年来，随着中国城市化的快速发展，地下水位以惊人的速度下降，城市内涝已成为人们关注的热点问题，而道路交通系统是内涝出现的高发地带。过去城市对雨水追求“一排了之”，城市排水标准偏低和雨水利用系统缺乏是造成资源成为灾害的主要原因。随着“海绵城市”LID（Low Impact Development）理念的提出，建立“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的新型城市道路雨水处理系统成为治理城市内涝顽疾的重要手段。

在构建符合LID理念的城市排水系统中，现有规划设计理念是优先利用植草沟、渗水砖、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主，更多的实际处理方式是将雨水径流通过路缘石的雨水导入口直接进入路缘石分隔的道路绿化带或者街边绿地。这类做法虽实现了源头分散，但初期道路雨水径流中携带漂浮垃圾、砾石、泥沙等固态物质与重金属离子、病原体、有机污染物等，直接排入不仅容易堵塞雨水导口与排水口，还会影响植物生长。除此之外，在降雨频繁或暴雨时期，雨水容易在路面上形成高速水流，会严重冲击并破坏道路绿化或者街边绿地的植被。再者，路缘石不仅施工步骤繁琐，还需要综合考虑天气、温度等外在因素，其次，运输途中易缺棱掉角，影响施工进度与美观。

因此，为了贯彻海绵城市LID理念及其做法，很有必要研发设计一种道路雨水径流处理系统，有利于城市良性水文循环，提高对道路径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放能力，从而利于解决地下水位降低的问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种低成本，低影响，操作简易的道路雨水径流处理系统，适用于海绵城市理念下的道路。改变现有路缘石设计，解决海绵城市道路雨水处理中携带泥沙垃圾与有机污染物、重金属离子、病原体等的快速雨水径流对绿地设施的破坏的问题，包括对道路雨水径流中漂浮垃圾、砾石、泥沙等固态杂质的筛选过滤，对雨水径流中有害物质的吸附净化，对雨水径流冲击力的缓和消能，对雨量大时的溢流处理以及装置的循环利用处理。

为达成以上功能目的，本发明公开了一种海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统，包括模块化路缘石与处理池；所述模块化路缘石构成所述处理池的侧壁；所述模块化路缘石包括模块A、模块B、模块C；所述模块C顶部设有开口；所述处理池包括一级处理池、二级处理池、三级处理池；所述一级处理池、二级处理池之间设有模块C；所述二级处理池、三级处理池之间设有模块C；所述一级处理池设有雨水导入口；所述雨水导入口设有碎石层。

本发明还公开了一种海绵城市用模块化道路雨水径流处理池组合结构，包括一级处理池、二级处理池、三级处理池；所述一级处理池、二级处理池之间设有模块C；所述二级处理池、三级处理池之间设有模块C；所述一级处理池设有雨水导入口；所述三级处理池设有雨水出口。

上述技术方案中，所述模块A、模块B、模块C都为T型结构；模块A，模块B，模块C以组合方式配合连接形成模块化路缘石，增大摩擦面积，组成处理池的侧壁，其中模块C作为分隔一级处理池、二级处理池、三级处理池的挡板，顶部设有开口，用于雨水流通。T型结构有肋部以及垂直于肋部的左翼部以及右翼部组成，优选的，所述模块A左翼部以及右翼部下端设有孔或者插件；所述模块B左翼部以及右翼部下端设有孔或者插件；所述模块C左翼部以及右翼部下端设有孔或者插件；在组合的时候，可以将一个模块的插件插入另一模块的孔，从而可以稳定连接；进一步优选的，所述模块A左翼部以及右翼部下端设有孔；所述模块B左翼部以及右翼部下端设有孔；所述模块C左翼部以及右翼部下端设有孔；相互之间以钢筋部件插入钢筋插孔固定成形，形成道路雨水径流处理系统结构，一方面避免插件制备复杂，另外利于运输。

上述技术方案中，模块B的左翼部或者右翼部下端设有两个孔，从而既可以与同向的模块钢筋连接，又可以与垂直向的模块钢筋连接，从而得到非常稳定的结构，避免污雨水乱流，具体可参见本发明实施例。

上述技术方案中，所述二级处理池由二级处理池单元A、二级处理池单元B以及二级处理池单元C组成；所述二级处理池单元A、二级处理池单元B之间设有模块C；所述二级处理池单元C、二级处理池单元B之间设有模块C；所述二级处理池单元A、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口与所述二级处理池单元C、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口位于不同的竖直平面，优选成对角设置；雨水径流通过二级处理池的植物进行流速的减缓，开口对角设置导流雨水呈“S”型流线，促进雨水截留下渗，使得植物及基质对污染物有更加充分的拦截吸附以去除NH3-N、COD等污染物，同时二次截留雨水中携带的颗粒态污染物。所述二级处理池单元A与一级处理池相邻；所述二级处理池单元C与三级处理池相邻；所述一级处理池、二级处理池之间设有的模块C的开口与所述二级处理池单元A、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口位于不同的竖直平面；所述二级处理池、三级处理池之间设有的模块C的开口与所述二级处理池单元C、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口位于不同的竖直平面，可进一步增加雨水流经路径。

上述技术方案中，所述三级处理池设有雨水出口；所述雨水出口与所述二级处理池、三级处理池之间设有的模块C的开口位于不同的竖直平面，可进一步增加雨水流经路径，增加雨水在三级处理池中的滞留时间。

上述技术方案中，所述三级处理池底部设有凹型结构，经过二级处理池截留的雨水溢流入三级处理池，滞留大量雨水缓慢下渗，降低雨水流动过程中产生的热量，最终慢速流入路旁绿地，降低雨水径流对植被的冲刷，有效解决了现有技术雨水冲刷带来的不利结果。

上述技术方案中，处理池自下而上依次设置人工填料层、种植土层、覆盖层、蓄水层、植物层，优选人工填料层与种植土层中间设置土工布层分隔。本发明的雨水径流处理系统基面层纵坡与道路纵坡相同，雨水在重力作用下流经整个系统；道路雨水径流从雨水导入口流入一级处理池，首先经过粗粒级碎石层，拦截大型漂浮物垃圾，流经一级处理池的植物带，待雨水蓄满至开口，雨水流入二级处理池，雨水径流通过二级处理池的植物进行流速的减缓，开口对角设置导流雨水呈“S”型流线，促进雨水截留下渗，使得植物及基质对污染物有更加充分的拦截吸附以去除NH3-N、COD等污染物，同时二次截留雨水中携带的颗粒态污染物，经过二级处理池截留的雨水溢流入三级处理池，滞留大量雨水缓慢下渗，降低雨水流动过程中产生的热量，最终慢速流入路旁绿地，雨水径流量过大时，可直接由三级处理池的出水口流入临近绿带。

本发明公开的道路雨水径流处理系统，包括模块化路缘石和处理池，置于道路旁，配合海绵城市道路的雨水管理系统，是一种兼具雨水初期过滤、净化、下渗且暴雨时期快速排水的模块化道路雨水径流处理系统，尤其符合海绵城市模块化路缘石与处理池的做法。。所述模块化路缘石尺寸设计基于我国现有路缘石的工程尺寸，基本尺寸为：宽120mm，长1200mm，高900mm。

优选地，所述模块化路缘石选用C30混凝土预制。

优选地，所述模块化路缘石呈“T”型结构组合，由模块A、模块B、模块C多种组合，形成处理池侧壁。

优选地，所述模块化路缘石边缘为20mm倒角。

优选地，所述模块化路缘石配套一个长440mm、直径20mm的钢筋部件，插入钢筋插孔固定模块，从而形成稳定的处理池侧壁结构。

本发明公开的道路雨水径流处理系统，处理池包括一级处理池、二级处理池、三级处理池，其中，一级处理池的雨水导入口置于临车行道路一端，为雨水径流汇入方向；三级处理池雨水排水口置于临绿地一端，为雨水径流排放方向。

优选地，所述一级处理池雨水导入口处选用粒径为50mm粗粒级碎石形成碎石层。

优选地，所述处理池的蓄水层为100-250mm，三级处理池凹型结构的深度大于450mm。

优选地，所述处理池覆盖层深50-80mm，选用树皮覆盖。

优选地，所述处理池种植土层深250mm左右，选用混合土，成分普通土与泥炭比例为2：1。

优选地，所述处理池人工填料层深度为500-1200mm，渗选用透系数不小于10^-5m/s的炉渣或砾石。

优选地，所述处理池人工填料层与种植土层采用200-250g/m²土工布进行分隔。

本发明还公开了上述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统在处理城市雨水中的应用以及一种利用上述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统处理雨水的方法，包括以下步骤，路面雨水从雨水导入口经过碎石层过滤后进入一级处理池，经过一级处理后进入二级处理池，经过二级处理后进入三级处理池。优选的，雨水在二级处理池的流向为S形流向，所述三级处理池的深度大于一级处理池与二级处理池；经过三级处理的雨水从雨水出口排出。

本发明系统的价值在于以一种便捷装卸、快速组合的模块化路缘石围合分隔不同等级的处理池，不同等级处理池的不同功能对道路雨水净化处理，形成一种基于海绵城市的道路雨水径流处理系统，优化了道路雨水径流的处理过程。本发明系统作为低影响开发技术领域中的补充项，对道路初期雨水径流截留、净化及减速处理有重要作用，降低雨水径流对街旁植被的污染，消减了峰值流量，缓解了急速雨水径流带来的破坏，提高滞留率与下渗率。

本发明系统有益效果是：

本发明系统设计预制混凝土模块化路缘石，“T”型结构增加模块之间的摩擦力，钢筋插入钢筋插孔便于连接固定成型，模块化的系统部件提供了无限的处理池组合方式，设计灵活，设施简单，且造价低廉，装卸便捷，施工时短，管理方便，任何天气安装不会影响工程质量，所用材料及操作过程均环保生态可持续，有很好的景观效果。

本发明结合了海绵城市低影响开发技术，利用自然特性，结合植物与土壤对雨水的过滤、滞留、滲透、净化作用，优化了道路雨水径流初期处理手段。利用模块化路缘石的开口作为雨水导口将雨水引入处理池截留去污下渗，相同地以开口作为雨水出水口排入绿地，减缓雨水径流速度，减少暴雨对排水管道的压力，尽量避免雨水直接排入市政管道，起到错峰减排的效果，达到缓解城市内涝及面源污染并解决道路雨水径流问题的目的。

本发明系统处理池实现了道路雨水的初期净化，三等级不同高程的处理池实现了对雨水“S”型导流，不仅使雨水不会回流，还延长了雨水在处理池里的流经时间，促进了处理池内雨水的截留和下渗，增大了处理池的蓄渗能力。

本发明系统处理池采用混合土作为种植层，能改善土基的透气性和土基的养分；树皮覆盖层有效保持土壤的湿度、温度，营造了一个微生物环境，有利于微生物的生长和有机物的降解，同时还有助于减少径流雨水的侵蚀；底层的人工填料层兼具过滤雨水的作用，使作为补充地下水的雨水渗透下去为干净水。

附图说明

图1是本发明模块化路缘石模块A截面结构示意图；

图2是本发明模块化路缘石模块B截面结构示意图；

图3是本发明模块化路缘石模块C截面结构示意图；

图4是本发明模块化路缘石模块C立体结构示意图；

图5是实施例一系统组合方式示意图；

图6是实施例一系统组合方式示意图；

图7是本发明一级处理池结构示意图；

图8是实施例二系统组合方式示意图；

图9是实施例三系统组合方式示意图；

其中，1、模块A；2、模块B；3、模块C；4、一级处理池；5、二级处理池；6、三级处理池；11、钢筋插孔；12、钢筋插孔；21、钢筋插孔；22、钢筋插孔；23、钢筋插孔；31、钢筋插孔；32、钢筋插孔；33、开口；41、碎石层；43、人工填料层；44、种植土层；45、覆盖层；46、蓄水层；47、植物层；48、土工布；51、二级处理池单元A；52、二级处理池单元B；53、二级处理池单元C；61、雨水出口；62、凹型结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明系统的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明系统，并非用于限定本发明系统的范围。

本实施例的基于海绵城市低影响开发技术下的模块化道路雨水径流处理系统包括模块化路缘石与处理池。参照附图1～4，模块化路缘石的组成部件预制混凝土模块呈“T”型结构，分为模块A1、模块B2、模块C3；所述模块A两翼底部设有孔径20mm、深220mm的钢筋插孔11、12；所述模块B两翼底部设有孔径20mm、深220mm的钢筋插孔21、22、23；；所述模块C两翼底部设有孔径20mm、深220mm的钢筋插孔31、32，顶部设有宽300mm、深150mm的开口33；模块A、模块B、模块C连接依靠钢筋部件插入钢筋插孔连接固定组装。

实施例一

海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统置于人行道与车行道之间，处理池平行道路设置，平整基地设系统纵坡与道路纵坡相同，组合方式参照图5，箭头为雨水流向；处理池分为一级处理池4、二级处理池5、三级处理池6，二级处理池包括二级处理池单元A51、二级处理池单元B52以及二级处理池单元C53；处理池侧壁由模块化路缘石通过模块A1、模块B2、模块C3以组合方式配合围合而成，模块C间隔插入将处理池分级，开口作为溢流口，二级处理池内的开口呈对角位置放置，一级处理池与三级处理池的模块C开口平行道路，一级处理池模块C开口作为道路雨水导入口，并铺设粒径为50mm粗粒级碎石层41，三级处理池临近绿化区域模块C开口作为雨水出口61，三级处理池底部设有凹型结构62，其深度大于450mm，参见附图6。

参见附图7，为一级处理池结构示意图，处理池自下而上依次设置400mm人工填料层43、250mm左右种植土层44、50mm覆盖层45、200mm蓄水层46、植物层47，人工填料层与种植土层中间由一层200g/m²土工布48分隔；二级处理池、三级处理池结构与一级处理池一致。

本实施例中，雨水导入口处的人工填料层选用透系数为10-5m/s的炉渣或砾石，种植土层选用成分普通土与泥炭比例为2∶1的混合土。

道路雨水从雨水导入口流入一级处理池的碎石层滞留大量固体垃圾，并选择性地过滤固体颗粒物杂质，一级处理池植物辅助拦截固体污染物，一级处理池雨水蓄积到开口高度，通过一级处理池开口进入二级处理池，二级处理池为三个基本单元，通过对角放置的开口来引导雨水“S”型流线，起到对道路雨水径流的减速处理，延长了雨水在处理池里的流经时间，二级处理池内种植不同种类的耐湿植物净化水质，降低雨水径流的有机污染物浓度，吸附重金属离子，去除病原体。雨水径流通过二级处理池开口进入三级处理池，内凹设置使雨水暂留三级处理池，降低雨水温度，提高下渗率，最终由雨水出口缓和干净地排入人行道盲沟，再进入绿色设施。

实施例二

本系统置于道路与绿地之间，处理池平行道路设置，组合方式参照图8，箭头为雨水流向，处理池分为一级处理池4、二级处理池5、三级处理池6，二级处理池包括二级处理池单元A、二级处理池单元B以及二级处理池单元C；处理池侧壁由模块化路缘石通过模块A1、模块B2、模块C3以组合方式配合围合而成，模块C间隔插入将处理池分级，开口作为溢流口，二级处理池内的开口呈对角位置放置，一级处理池与三级处理池的模块C开口平行道路，一级处理池模块C开口作为道路雨水导入口，铺设粒径为50mm粗粒级碎石层，三级处理池临近绿化区域模块C开口作为雨水出口，三级处理池底部设有凹型结构，其深度大于450mm。

处理池与实施例一一致，道路雨水从雨水导入口流入一级处理池的碎石层滞留大量固体垃圾，并选择性地过滤固体颗粒物杂质，一级处理池植物辅助拦截固体污染物，一级处理池雨水蓄积到开口高度，通过一级处理池开口进入二级处理池，二级处理池为三个基本单元，通过对角放置的开口来引导雨水“S”型流线，起到对道路雨水径流的减速处理，延长了雨水在处理池里的流经时间，二级处理池内种植不同种类的耐湿植物净化水质，降低雨水径流的有机污染物浓度，吸附重金属离子，去除病原体。雨水径流通过二级处理池开口进入三级处理池，内凹设置使雨水暂留三级处理池3，降低雨水温度，提高下渗率，最终由雨水出口缓和干净地排入绿地。

实施例三：

本系统置于道路中心分隔带，处理池平行道路设置，组合方式参照图9，箭头表示雨水流向，处理池分为一级处理池4、二级处理池5、三级处理池6，二级处理池包括二级处理池单元A51、二级处理池单元B52以及二级处理池单元C53；处理池侧壁由模块化路缘石通过模块A、模块B、模块C以组合方式配合围合而成，模块C间隔插入将处理池分级，开口作为溢流口，二级处理池内的开口呈对角位置放置，一级处理池与三级处理池的模块C开口平行道路，一级处理池模块C开口作为道路雨水导入口41，铺设粒径为50mm粗粒级碎石层42，三级处理池不设置模块C，三级处理池底部设有凹型结构，其深度大于450mm。

平整基地设系统纵坡与道路纵坡相同，一级处理池、二级处理池与实施例一一致；三级处理池的人工填料层下铺设200mm砂层与200mm砾石层，砾石层中水平埋有直径为10mm的PVC溢流出水管，连接垂直伸出高于蓄水层20mm的PVC溢水管，砾石层选用粒径15mm的筛选砾石，其余与实施例一一致。

道路雨水从雨水导入口流入一级处理池的碎石层滞留大量固体垃圾，并选择性地过滤固体颗粒物杂质，一级处理池植物辅助拦截固体污染物，一级处理池雨水蓄积到开口高度，通过一级处理池开口进入二级处理池，二级处理池为三个基本单元，通过对角放置的开口来引导雨水“S”型流线，起到对道路雨水径流的减速处理，延长了雨水在处理池里的流经时间，二级处理池内种植不同种类的耐湿植物净化水质，降低雨水径流的有机污染物浓度，吸附重金属离子，去除病原体。雨水径流通过二级处理池开口进入三级处理池，内凹设置使雨水暂留三级处理池，降低雨水温度，提高下渗率，最终由溢水管缓和干净地流入溢流出水管，再流入临近绿地或者河流湖泊。

处理池植物选取要充分考虑抗碱、抗盐性和抗污染性，乔木类可以选择湿地松、垂柳等既耐涝又耐旱，有良好的适应性和抗逆性的植物；多选15-30cm高的草本类与高30-45cm花卉小灌木，可种植大花萱草、沙地柏、惊天等短时耐水淹又能起到净化作用的植物；湿地和水生植物类选择美人蕉、灯芯草等。可考虑能相互搭配种植的植物，以本土植物为主，提高去污性和观赏性，且易成活。

可见，本发明道路雨水径流处理系统有效地完善了海绵城市的道路雨水径流初期处理过程，系统基本模数可叠加，适用于各类型的道路旁雨水径流处理系统，结构简单，设计灵活性高，造价低廉，装卸便捷，施工时短，管理方便，材料易得，应用范围广，实用性强，对海绵城市道路雨水径流的处理具有重大意义，利用线性分级的小型处理设施，以较小的场地扰动，实现雨水的初期净化，增加城市绿化面积、降低城市不透水下垫面面积，有效利用雨水资源，将雨水作为地下水补充，避免了未经处理的雨水径流直接排入市政管网，并将地表径流减速消能，给水系统以自我净化的时间，并滋润多样化的生境，减小对街旁绿地等场地的物理性冲击破坏，具有额外的环境效益和社会效益。

Claims (10)

1.一种海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统，其特征在于，所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统包括模块化路缘石与处理池；所述模块化路缘石构成所述处理池的侧壁；所述模块化路缘石包括模块A、模块B、模块C；所述模块C顶部设有开口；所述处理池包括一级处理池、二级处理池、三级处理池；所述一级处理池、二级处理池之间设有模块C；所述二级处理池、三级处理池之间设有模块C；所述一级处理池设有雨水导入口；所述雨水导入口设有碎石层。

2.根据权利要求1所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统，其特征在于，所述模块A、模块B、模块C都为T型结构；所述处理池包括人工填料层、种植土层、覆盖层、蓄水层、植物层；所述三级处理池设有雨水出口；所述三级处理池底部设有凹型结构。

3.根据权利要求2所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统，其特征在于，所述模块A左翼部以及右翼部下端设有孔或者插件；所述模块B左翼部以及右翼部下端设有孔或者插件；所述模块C左翼部以及右翼部下端设有孔或者插件；所述碎石层由粒径为50mm的碎石形成；所述蓄水层厚度为100-250mm；所述覆盖层厚度为50-80mm；所述种植土层厚度为250mm；所述人工填料层厚度为500-1200mm。

4.根据权利要求3所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统，其特征在于，所述模块B的左翼部或者右翼部下端设有两个孔。

5.根据权利要求1所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统，其特征在于，所述二级处理池由二级处理池单元A、二级处理池单元B以及二级处理池单元C组成；所述二级处理池单元A、二级处理池单元B之间设有模块C；所述二级处理池单元C、二级处理池单元B之间设有模块C；所述二级处理池单元A与一级处理池相邻；所述二级处理池单元C与三级处理池相邻。

6.根据权利要求5所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统，其特征在于，所述二级处理池单元A、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口与所述二级处理池单元C、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口位于不同的竖直平面，优选成对角设置；所述一级处理池、二级处理池之间设有的模块C的开口与所述二级处理池单元A、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口位于不同的竖直平面；所述二级处理池、三级处理池之间设有的模块C的开口与所述二级处理池单元C、二级处理池单元B之间设有的模块C的开口位于不同的竖直平面。

7.一种模块化道路雨水径流处理系统用处理池模块，其特征在于，所述处理池模块包括人工填料层、种植土层、覆盖层、蓄水层、植物层；人工填料层与种植土层中间设置土工布层分隔。

8.一种利用权利要求1所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统处理雨水的方法，包括以下步骤，路面雨水从雨水导入口经过碎石层过滤后进入一级处理池，经过一级处理后进入二级处理池，经过二级处理后进入三级处理池。

9.根据权利要求8所述处理雨水的方法，其特征在于，雨水在二级处理池的流向为S形流向，所述三级处理池的深度大于一级处理池与二级处理池。

10.权利要求1所述海绵城市用模块化道路雨水径流处理系统在处理城市雨水中的应用。